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CN101321495A - 具有电极和运动传感器的医学传感器 - Google Patents

具有电极和运动传感器的医学传感器 Download PDF

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CN101321495A
CN101321495A CNA2006800457557A CN200680045755A CN101321495A CN 101321495 A CN101321495 A CN 101321495A CN A2006800457557 A CNA2006800457557 A CN A2006800457557A CN 200680045755 A CN200680045755 A CN 200680045755A CN 101321495 A CN101321495 A CN 101321495A
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T·利斯特
S·休
B·克罗斯
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Abstract

一种医学传感器，具有配置成放置在患者身上用于医学监测的至少一个电极，以及与电极一同集成在医学传感器中的运动传感器，该运动传感器配置成检测患者运动并提供响应于检测到患者运动的电信号。

Description

具有电极和运动传感器的医学传感器
本发明通常涉及医学传感器，具体而言涉及用于感测患者生物信息和感测患者运动的医学传感器。
多年以来，一直使用称为“Holter”心电图机的心脏监测/记录设备来评价心脏病患者。患者佩带医学传感器，通常是电极，其连接到由患者携带的便携式记录设备，该记录设备记录由传感器检测到的心电图(“ECG”)信号。在一段时间内，例如24小时内记录患者的ECG，从而可以获得延长时期内的心脏活动记录。
图1示出了佩带Holter心电图机的患者102。常规电极104形式的医学传感器贴附于患者102，并且通过电线105和连接器106电耦合至记录仪110。为清楚地说明，图1中所示电极的数量和放置可以与实际患者配置不同。通常患者102使用腰带108或诸如携带在肩膀上的其它方式来佩带记录仪110。电极104检测指示患者生物信息的电信号，而记录仪110记录电信号供稍后下载和分析。如图1中所示，常规Holter心电图机体积庞大而突出来，因此记录仪110通常过大而不适于在衣物内佩带。而且，记录仪110通过数条电线105连接至电极104，当患者102移动时电线105可能缠结在一起，并且当在衣物内佩带电线105时也可以增加不适感。
在收集和记录患者生物信息中，将所记录的信息解释成还具有与患者运动有关的信息可能是有帮助的。例如，患者的运动可以指示患者健康，例如，暗示了患者能动而未处于心脏停搏的患者运动、患者呼吸或患者心跳。另外，感测到运动或感测不到运动，也可以作为心脏信号的质量指标，其中运动可以产生干扰ECG信号的电信号。运动传感器可以包括在记录仪110中，以检测和记录患者运动。然而，由于记录仪110相对体积庞大并且通常佩带在腰带108上或用带子携带在肩膀上的事实，记录仪110的运动不一定是患者的运动，这可能导致记录不正确的运动信息。
本发明的一方面提供了医学传感器，其具有至少一个配置成放置在患者身上用于医学监测的电极，和与电极一同集成在医学传感器中的运动传感器。运动传感器配置成检测患者运动，并且提供响应于检测到患者运动的电信号。
本发明的另一方面提供了一种具有多个电极的医学传感器，该电极配置用于放置在患者身上，并且可操作以将电信号电耦合至患者以及电耦合来自患者的电信号。医学传感器还包括配置用于感测患者运动并且提供响应于感测到患者运动的信号的整体运动传感器。
本发明的另一方面提供了一种形成医学传感器的方法，其包括在医学传感器中集成运动传感器和多个电极。
在附图中：
图1是具有常规配置电极的常规心脏监测及记录系统的示意图；
图2A和图2B是包括根据本发明实施例的包括医学传感器的心脏监测及记录系统的示意图；
图3是图2医学传感器的等大分解图；
图4是图2医学传感器的平面图；
图5A和5B是根据本发明一个实施例的用于图2医学传感器的电极层的导电材料图案的平面图；
图6A和6B是根据本发明另一实施例的用于图2医学传感器的电极层的导电材料图案的平面图；
图7A和7B示出了具有四个电极的电极层；
图8A、8B和8C示出了具有集成、分立联结的运动传感器的电极层；
图9示出了用于患者佩带传感器的监测器/记录仪设备，其具有集成在设备中的运动传感器。
下文阐述的某些细节提供了对本发明的充分理解。然而，对于本领域技术人员而言清楚的是，可以在没有这些特定细节的情况下实施本发明。而且，本文所述的本发明的特定实施例通过举例的方式给出，并且不应当用于将本发明的范围限制于这些特定实施例。
图2A示出了放置在患者102身上的根据本发明一个实施例的医学传感器200。如下文中将更详细描述的，医学传感器200包括多个电极204，其尤其用于感测患者心律；以及运动传感器206，其检测患者运动并且将患者运动转换成电信号进而提供给监测器/记录仪110。在医疗传感器200的实施例中，运动传感器206与电极204一同集成在医学传感器中。医学传感器200检测到并产生的电信号通过电缆220和连接器222提供给监测器/记录仪110。电缆220通过连接器210连接至医学传感器200。医学传感器200通过可挠的固位密封(retention seal)202而粘着地附着到患者102。优选地，固位密封和粘着剂由在运动时和在活动期间允许医学传感器200保持附着到患者102的材料构成。这种材料对于本领域普通技术人员而言是已知的，因而为了简洁起见，本文将不再对这种材料进行赘述。
如图2A中所示，医学传感器200相对紧凑，并且如同图1中所示的常规电极配置一样，不使用多条电线来连接监测器/记录仪110。另外，医学传感器200包括靠近电极204形成的运动传感器206，并且运动传感器206优选集成在医学传感器200中。运动传感器206获得的信息可以由监测器/记录仪110使用以测定患者健康。例如，该信息可以提供有关患者有意识还是无意识、呼吸还是不呼吸、走路还是静止的指示。患者运动数据也可以与ECG波形相关，以分析施予心肺复苏(“CPR”)还是除颤。
图2B示出了放置在患者102身上的根据本发明另一实施例的医学传感器250。医学传感器250类似于医学传感器200之处在于，其包括多个电极204和运动传感器206，并且由固位密封202粘着地附着于患者102。如同医疗传感器200一样，运动传感器206优选与电极204一同集成在医学传感器250中。然而，与医学传感器200相比，医学传感器250包括夹子260，其可以用于可移除地连接微型监测器/记录仪设备264。夹子260形成有导电迹线，当将微型监测器/记录仪设备264夹紧在适当的位置时可将其与导电迹线进行连接。如同医疗传感器200一样，医疗传感器250相对紧凑，并且不需要多条延伸跨越患者102躯干的电线。另外，将微型监测器/记录仪系统264夹紧在医学传感器250上，提供了紧凑型医学监测器/记录仪系统264，其易于患者102佩带，并且避免了与常规监测器/记录仪设备和电极配置相关的问题。在另一实施例中，微型监测器/记录仪设备264包括检测患者运动的运动传感器，作为运动传感器206的替代或附加。虽然未与电极204一同集成在医疗传感器250中，但是微型监测器/记录设备264借助于夹子260牢固地附着于患者102。因而，与位于如在前讨论的佩带在腰带108上或携带在肩膀上的带子上的常规记录仪110(图1)相比，位于监测器/记录设备264中的运动传感器更精确地检测患者运动。
图3是医学传感器200和250的等大分解图。电极层304包括形成在电介质薄膜上的导电材料。电极204和导电迹线306使用本领域已知的常规工艺而由导电材料形成。在图3中所示的实施例中，运动传感器206由形成在电介质薄膜正反两面上以产生电容器结构的导电材料区域形成。优选地，导电薄膜具有压电属性，从而将佩带医疗传感器200/250的患者的移动转换成电信号。可以用作层304的导电材料的材料示例是聚偏二氟乙烯(“PVDF”)、压电聚合物。PVDF可以用于形成用于该层304的可挠和重量轻的导电材料。或者，运动传感器可以由诸如切成小块的或复合PZT陶瓷的其它压电材料制成。
框架308包括在医学传感器200/250中以提供结构支撑。框架308是可挠和有弹性的，从而允许医学传感器200/250随着患者移动而弯曲。用于框架308的合适材料的一个示例是硅酮。框架308包括孔310，其与形成在层304上的电极204对准。附着材料可以施加在框架308上的层304的相对两面，从而当医疗传感器200/250施加在患者102上时，框架308以及固位密封202都是附着的。包括水凝胶312以当连接医疗传感器200/250时向患者提供导电耦合介质。水凝胶312设置在孔310中，并且与电极204接触。结果，当将医疗传感器200/250放置在患者身上时，在电极204和患者之间形成电连接。
层304、框架308和水凝胶312粘着到固位密封202的粘着面。固位密封202的孔314允许层304的导电迹线306对于医疗传感器200而言与连接器210接触或对于医疗传感器250而言与夹子260接触。使用粘着剂或提供连接器210/260与导电迹线306维持电耦合并且牢固固定的其它工艺，将连接器210/夹子260贴附到固位密封202。使用释放衬垫316以阻止医疗传感器200/250在使用之前被粘附，并且当医疗传感器200/250贴附到患者102时移除。虽然图2A、2B和3中未示出，但是医疗传感器200/250也可以配置成具有诸如夹子连接器的连接器，其可移除地进行连接，从而可以首先将医疗传感器200/250放置在患者102身上，然后连接至电缆220。
图4示出了在移除释放衬垫316之后从固定密封202和框架308的附着面观察的医疗传感器200/250。如图4中所示，电极204布置成三角形配置。用作运动传感器206(图4中未示出)的导电薄膜区域可以基本上设置在电机204布置形成的三角形区域。由于在形成运动传感器206中使用的导电材料的压电属性和医疗传感器200/250的可挠和弹性特性，随着患者102移动而可能引起医疗传感器200/250弯曲和偏转，将产生电信号。如先前讨论的，可以使用电信号作为对患者健康的指标。例如，如果感测到运动，则可能患者是活动的，并且未处于心脏停搏。此外，当涉及患者心律时，感测到的运动可以作为对所监测和所记录的心脏信号的质量指标。
图5A和5B示出了根据本发明一个实施例的形成在用于电极层304的电介质薄膜上的导电材料的图案。如先前讨论的，导电材料的示例是PVDF。图5A示出了层304第一面的图案，而图5B示出了层304相反的第二面的图案。第一面包括表示电极204和运动传感器206的导电区域。第二面包括用于运动传感器206的导电区域206′(第二电容板)，以及用于导电迹线306的导电区域。如先前讨论的，运动传感器206由形成在电容器布置中的两个或更多导电区域形成。用这种结构，如图5A和5B中所示的运动传感器206将运动(由于第一和第二面上导电区域的拉伸、弯曲和偏移)转换成电信号。导电迹线306配置具有印刷的通孔以提供从形成在第一面上的电极204和运动传感器区域206至第二面上的大致中央区域504的电耦合，据此可以通过孔314电连接至连接器210/夹子260。形成一条导电迹线306′以提供从层304第一面上的运动传感器区域206至第二面上的大致中央区域504的耦合。该导电区域206′和迹线306、306′可以耦合至连接器210(图2A)或夹子260(图2B)或另一耦合机构。
图6A和6B示出了根据本发明另一实施例的形成在用于电极层304的电介质薄膜上的导电材料的图案。图6A示出了层304第一面的图案，而图5B示出了层304相反的第二面的图案。第一面包括表示电极204和运动传感器206的导电区域。第二面包括用于运动传感器206和用于导电迹线306的导电区域。第一和第二面上用于运动传感器206的导电材料区域布置成提供电容器结构。导电迹线306配置成借助于印刷或电镀的通孔提供从形成在第一面上的电极204和运动传感器206至第二面上的大体中央区域504的电耦合。形成一条导电迹线306以提供至第二面上大体中央区域504中的运动传感器206的耦合。
如同图5A和5B的图案一样，图6A和6B的图案提供了布置成三角形配置的电极204，而导电迹线306提供了至电极的耦合以及将运动传感器206耦合至大体中央区域。然而，与图5A和5B的图案相比，对于第一和第二面上用于运动传感器206的导电材料区域而言，图6A和6B的图案通常覆盖层304的较大区域，即从层304的外周至中央区域504的区域。图5A、5B和图6A、6B的图案使用相同的导电材料，将提供具有不同级别灵敏度的运动传感器206，这是由于电容区域的面积有差别。一般地，使用图6A、6B的图案形成的运动传感器206比使用图5A、5B的图案形成的运动传感器更灵敏。如用于运动传感器206的两种图案所示，可以基于层304第一面和第二面上用于形成运动传感器206的导电材料区域的尺寸，调整运动传感器206的灵敏度级别。在一个实施例中，运动传感器的灵敏度足以检测佩带医疗传感器的患者的心脏脉冲。虽然本文已经描述了通过调整导电材料区域的尺寸来调整运动传感器206的灵敏度，但是也可以使用其它已知技术。所采用的特定技术可能取决于所使用运动传感器的类型。
图7A和7B分别示出了本发明的电极层304的另一示例的第一面和第二面。在该示例中，层304具有在先讨论的运动传感器206和三个患者电极。此外，如图7A中所示，该示例具有第四患者电极204′，其位于层304第一面上的中央。如图7B中可见，迹线306、306′和运动传感器区域206′围绕电极层的第二面的中央区域504，据此可以连接至其它电导体或可佩带患者监测器的部件。
图8A、8B和8C示出了本发明的电极层304的另一示例。在该示例中，如上所讨论的，层304具有四个患者电极204。然而，运动传感器406(不是利用用于电容性电介质的层304材料)是分立单元，其自身的电介质与层304的电介质分离。如图8C中所示，在该示例中分立的运动传感器406放置在层304的第二面上，并且如图8B中所示层压或联结在合适的位置。根据其在层304的第二面上的位置，可以从运动传感器延伸迹线2、4连接至患者监测器的其它导体或部件。图9是根据本发明原理的具有集成运动传感器14的监测器/记录仪设备264的分解视图。设备264具有两个半部分82和84的蛤壳式外壳。在外壳半部分82的下边缘上是连接器86，其连接至连接器210/夹子260的匹配连接器。设备的电子部件位于印刷电路组件80上，在该示例中包括压电运动传感器14。电池40位于印刷电路组件和外壳半部分84之间。如该图示中所示，压电运动传感器14可以位于印刷电路组件80上，或者可以连接至外壳半部分82或84，以利用外壳的声学属性，并且将患者的运动更好地传送至传感器14。
从前述中将领会到的是，虽然在此为了便于说明已经描述了本发明的具体实施例，但是也可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种修改。因此，本发明仅受到权利要求书的限制。

Claims (22)

1、一种医学传感器，包括：
至少一个电极，配置成放置在患者身上，用于医学监测；以及
运动传感器，配置成检测患者运动并提供响应于检测到所述患者运动的电信号。
2、根据权利要求1所述的医学传感器，其中，所述运动传感器与所述电极一同集成在所述医学传感器中。
3、根据权利要求1所述的医学传感器，还包括耦合至所述电极的电子处理设备，
其中，所述运动传感器集成在所述电子处理设备中。
4、根据权利要求1所述的医学传感器，其中，所述至少一个电极包括三个或更多电极。
5、根据权利要求1所述的医学传感器，其中，所述运动传感器包括压电运动传感器，配置成将患者运动转换成电信号。
6、根据权利要求5所述的医学传感器，其中，所述压电运动传感器由集成在所述医学传感器中的聚偏二氟乙烯(PVDF)层构成。
7、根据权利要求6所述的医学传感器，其中，所述电极包括连接至衬底的多个电极，并且其中，所述压电运动传感器包括层压在所述衬底上的PVDF层。
8、根据权利要求7所述的医学传感器，其中，所述压电运动传感器包括面对面层压在所述衬底正反两面上的第一和第二PVDF层。
9、根据权利要求8所述的医学传感器，其中，所述运动传感器设置在电极布置所形成的三角形区域。
10、根据权利要求1所述的医学传感器，还包括：
粘着层，配置成将所述医学传感器粘着到所述患者。
11、根据权利要求1所述的医学传感器，其中，至少一个电极配置用于心脏监测。
12、一种医学传感器，包括：
多个电极，配置用于放置在患者身上，并且可操作地将电信号电耦合至所述患者以及电耦合来自所述患者的电信号；以及
集成运动传感器，配置成感测患者运动并提供响应于感测到所述患者运动的信号。
13、根据权利要求12所述的医学传感器，其中，所述集成运动传感器包括运动传感器，其与所述多个电极一同集成在所述医学传感器中。
14、根据权利要求13所述的医学传感器，其中，所述集成运动传感器和所述多个电极位于所述医学传感器的公共衬底上。
15、根据权利要求13所述的医学传感器，其中，所述集成运动传感器包括压电运动传感器，其配置成将患者运动转换成电信号。
16、根据权利要求13所述的医学传感器，其中，所述多个电极包括三个或更多电极。
17、根据权利要求13所述的医学传感器，还包括：
粘着层，配置成将所述医学传感器粘着到所述患者。
18、一种形成医学传感器的方法，包括：
将运动传感器和多个电极集成在所述医学传感器中。
19、根据权利要求18所述的方法，其中，集成所述运动传感器和所述多个电极的所述步骤包括：
在公共衬底层上形成所述运动传感器和所述电极。
20、根据权利要求19所述的方法，其中，集成所述运动传感器和所述多个电极的所述步骤包括：
在所述衬底上形成三个或更多导电材料的电极；以及
在所述衬底上形成压电材料层的运动传感器。
21、根据权利要求20所述的方法，其中，所述电极材料与所述压电材料相同。
22、根据权利要求20所述的方法，其中，形成所述运动传感器的所述步骤还包括在所述衬底正反两面上形成第一层和第二层压电材料的运动传感器。
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PB01 Publication
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